消弧器的原理和应用

消弧器的原理和应用

作者：程金超

时间：2016年10月20日

摘要：本文叙述2#高炉高压供电系统发生接地故障时，如何通过PT 互感器检测故障后向消弧安全保护装置发出控制信号，给故障接地开关动作，使弧光接地变成金属接地，达到彻底消除弧光和弧光接地过电压的目的，确保高压设备安全、稳定运行。

关键词：消弧接地

1前言；

高压配电是10KV供电系统，为电源中性点不接地系统，这种系统在发生单相接地时，电网短时间仍可带故障运行，但这种供电方式会在发生接地时产生弧光接地过电压和相间短路，给设备造成极大危害。以往的解决方法是在中性点加装消弧线圈补偿电容电流，来抑制故障点产生弧光的机率，现在，迁钢公司炼铁高压配电采用弧光消弧装置，当出现金属接地时PT发出故

障信号报警，当出现弧光接地时，通过PT柜提供V

A0、V

B0

、V

C0

、V

△

电压信号，

然后进行综合分析处理，做出判断，并发出指令，通过一组可以分相控制的真空断路器，使故障相金属接地，消除由接地点间歇性电弧引起的过电压，保证设备安全运行稳定。

2 中性点不接地系统正常运行状态；

我们知道正常情况下，中性点不接地系统电位是随着系统对地电容、负荷性质等因素的改变而变化，当系统正常运行时，各相电压是对称的，电源电流等于负荷电流，导线与大地之间的电容值各项均为C，三相导线对地电容电流是对称的, 三相电容电流向量和等于零，相差120。，各相电容电流超前电压900，三相负荷平衡时中性点的电位为零，三相导线对地电压相等U

1N

、

U 2N 、U

3N

是对称的。如：图1 .图2.

.

I

1

E

图1电路图（正常运行状态）

图2向量图（正常运行状态）

3 中性点不接地系统故障时运行状态；

中性点不接地系统在发生单相接地时，电网仍可带故障运行，但这种供电方式在发生单相接地时，会产生弧光接地过电压和相间短路，给设备造成极大危害。中性点不接地系统由于绝缘损坏发生单相接地时，线电压不变，各相对地电压、电容电流发生明显变化。（如L3相接地）：如：图3 . 图4.

L1

L2

L3 图3电路图（故障运行状态）

图4向量图（故障状态）

当发生金属性单相接地时，接地后接地相L3对地电压变为零，中性点对地电位上升到相电压，与接地相的相电压在相位上相反。非故障相L1 L2则升高到相电压√3倍，即线电压，这时L2 L3之间的电压为线电压，三相仍保持线电压对称,，三相用电设备照常运行。

但是，由于L1 L2两相对地电压升高√3倍所以两相对地电容电流也升高√3倍，而L3接地，该相电容被短接，L3对地电容电流为零。于是流过接地点电流是非故障相L1 L2的对地电容电流之和, 也就是正常工作时一相对地电容电流的3倍，并经过L3返回。

当中性点不接地系统发生单相接地时，线电压未发生变化，三相用电设备还在正常工作，流过接地的电流是正常时相对地电容电流的三倍，当电容电流超过一定值时，在接地电容电流的作用下而产生电弧，会引起系统中电容电感的串联谐振过电压，这种过电压可以达到线电压的2.5--3倍，对系统有很大危害。

发生单相不完全接地时，也就是中性点不接地系统经过一定过渡电阻发生单相接地时，将在接地点形成稳定的或间歇性的电弧，当接地电流不大时，电弧在电流过零瞬间自行熄灭，接地故障随之消失，电网恢复正常。当接地电流大于5A，小于30A时，有可能产生熄灭、重燃的间歇性电弧，导致电弧过电压，其值可达2.5—3倍的线电压，当接地电流大于30A时，将会形成持续电弧接地, 可能烧毁设备，导致相间短路事故。所以为消除间歇性或稳定性电弧，在中性点加装消弧安全装置，该装置在出现弧光接地时，通过一组可以分相控制真空接触器，使故障相接地，抑制故障点弧光发生的机率，以达到彻底消除弧光的目的。

4 消弧装置的工作原理：

当系统正常运行时，由于一次电压正常，三相电压对称，此时PT开口三角形两端的电压接近于零。当中性点不接地系统某相发生故障接地时，PT互感器开口三角形两端将出现100V左右的零序电压，消弧保护装置综合处理器首先以线路发生接地时对地绝缘产生的零序电压作为启动信号，结合A、B、C三相变化，对PT互感器检测出零序电压情况和每相电压情况进行综合处理分析计算，断定接地故障发生的相别，并把判定结果给CPU动作处理器，CPU 动作处理器向ZK控制器发出双动信号，触发开关管，使控制电源（DC220V）通过1DK经由真空接触器两个常闭点到对应线圈，使消弧高压真空接触器分相动作，把弧光接地变成金属接地。以下是消弧保护装置工作原理框图及系统图。

图5一次系统

5 消弧保护装置工作过程：（如图5所示）

在本装置中 GL 为高压隔离开关， GF 为隔离开关辅助点， RD 为高压熔断器， FU 为高压限流熔断器， FR 氧化锌组件， TBP 为过电压保护器，PT 为电压互感器， ZK 控制器是用来控制真空断路器分合闸的， LH 为电流互感器， PA 电流表， JZA JZB JZC 为分相动作真空断路器，Ka.Kb.Kc 为熔断信号行程开关。正常运行时电源隔离开关 GL 在合位，并发出隔离开关位置信号，当中性点不接地系统一相线路发生接地时（如 L3 ），在 PT 互感

器开口三角形 D6.D3 两端产生一个 100 V 左右交流电压（图6所示），给消弧保护装置 PT 信号回路 D-6.D-3 端子（图7），经过隔离变压器变换电压，到信号综合处理器进行综合分析，传送到处理器动作处理器，由处理器发出动作信号给 J-1 动作，发出接地报警。

同时，接地相（如 L3 ）在 PT 互感器另一组线圈输出端 D12 （图6）反映出一个低于正常值的电压给装置 PT 信号输入回路 D-12 端子（图7），经过隔离变压器变压输入综合处理器，然后输入动作处理器，动作处理器给B-1.B-2 发出双动信号到 ZK 控制器的ZK- B1 ， ZK-B2端子（图8）触发开关管，控制电源（ DC220V ）+WC -WC 通过二极管 D1 ，电阻 R1 ，经过两个分相真空接触器闭点Ja2 Jb2，使线圈HQc得电，真空接触器动作。同时接触器开点 JC4 闭合发出 L3 相接触器动作信号给开关量输入回路C-1（图7），经过信号综合处理到CPU通信显示，发出L3相真空接触器动作指示。

如果接地电流值较大，超出熔断器保护范围，熔断器将熔断，信号行程开关点Kc4打开（图8）， C5 端子向开关量输入回路 C-5（图7）发出熔断信号，经综合处理，通讯显示处理器发出熔断指示。

图6 PT互感器

图7 消弧保护装置原理图

图8 消弧保护装置控制信号原理图

6 应用效果:

在2012年3月20日炼铁除尘作业区二高炉630kw高压电机出线电缆发生接地故障时，消弧装置立即启动，消除因接地而产生弧光对网络系统产生的影响，保证了高压供电系统的正常运行。

7 结语：

自2#高炉供电系统采用此装置以来，当发生系统接地故障时，这种消弧保护装置能迅速动作，把弧光接地变成金属接地，有效消除因间歇性弧光和稳定性弧光而产生的弧光过电压，确保了高压供电系统安全与稳定，为高炉稳产顺产奠定基础。

参考文献:

1.《维修电工技师培训教材》,机械工业技师考评培训教材编审委员会编。机械

工业出版社

2.《消弧及过电压保护装置(XHG)》，安徽凯立科技股份有限公司